JP2003237678A - 自転車用ハブトランスミッション - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハブに対する損傷を防ぐよう補助力が制御さ
れるシフト補助機構を備えた自転車用ハブトランスミッ
ションを提供することにある。 【解決手段】 この自転車用ハブトランスミッション１
４は、ハブ軸３６と、ハブ軸３６に回転自在に支持され
た駆動体７０と、ハブ軸３６に回転自在に支持されたハ
ブシェル７４と、駆動体７０とハブシェル７４との間に
配置され、複数の動力伝達経路を通じて駆動体７０から
ハブシェル７４へ回転力を伝達する動力伝達機構８２
と、複数の動力伝達経路を選択するシフト機構と、駆動
体７０からシフト機構に回転力を伝達するシフト補助機
構９０と、駆動体７０からシフト機構に伝達される回転
力の大きさを制御するために、駆動体７０及びシフト補
助機構９０の間に配置され、駆動体７０をシフト補助機
構９０に連結する動力制御機構８５０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車用トランス
ミッション、特に、自転車用内装多段ハブトランスミッ
ションに関する。

【０００２】

【従来の技術】自転車の後輪にはしばしば、乗り手がギ
ア比を選択してペダリングに費やす労力を変更できるよ
う、内装多段ハブトランスミッションが設置されてい
る。典型的なハブトランスミッションは、自転車用フレ
ームに設置されたハブ軸と、ハブ軸に回転自在に支持さ
れ、スプロケット及びチェーンを通じてペダリング力を
伝達する駆動体と、ハブ軸に回転自在に支持されたハブ
シェルとを備えている。駆動体とハブシェルとの間に
は、複数の駆動力伝達経路を通じて駆動体からハブシェ
ルへ回転力を伝達する動力伝達機構が配置されており、
各々の動力伝達経路は、通常、固有のギア比を形成す
る。動力伝達機構は、通常、ハブ軸の回りに回転自在に
支持された単数又は複数の太陽ギアと、ハブ軸の回りに
回転自在に支持された１個のリングギアと、ハブ軸の回
りに回転自在に支持された１個の遊星ギアキャリアと、
遊星ギアキャリアに回転自在に支持され、太陽ギア及び
リングギアと係合する複数の遊星ギアとを備えた遊星ギ
ア機構により構成される。複数の動力伝達経路と、対応
するギア比とは、様々なコンポーネントを選択的に互い
に回転不能に連結させることによって選択される。たと
えば、１つのギア比は、太陽ギアをハブ軸に回転不能に
連結させることによって選択され、別のギア比は、駆動
体を遊星ギアキャリアに対して回転不能に連結させるこ
とによって選択され、さらに別のギア比は、駆動体をリ
ングギアに対して回転不能に連結させることによって選
択されてもよい。典型的なハブトランスミッションで
は、このような多くの連結関係が可能であるので、その
結果、比較的多数のギア比が可能になる。

【０００３】複数の動力伝達経路を選択するために、通
常、シフト機構が設けられている。シフト機構は、軸を
囲むシフトスリーブを備えており、シフトスリーブの回
転によって様々なコンポーネントが回転不能に連結され
るよう制御されている。このようなシフトスリーブは、
通常、ハンドルバーに設置されたシフト制御装置又は乗
り手が電気的に制御するモータによって制御されるハブ
外側のアクチュエータ部材に連結される。乗り手が自転
車をすばやく加速するために強い力をペダルに加える
と、ハブの内部部品に非常に大きな力がかかり、シフト
操作に多大な抵抗が生じる。このような抵抗によって、
乗り手が手動のシフト操作を何度も試さなければならな
かったり、アクチュエータ部材を駆動するモータに許容
レベルを超えたひずみが発生したりする。

【０００４】ハブに多大な駆動力がかかる際に、ハブ自
体の回転力を利用してシフト操作を補助する装置が、２
０００年３月１０日に本出願人により出願された米国特
許出願第０９／５２２，７０３号明細書に開示されてい
る。この装置では、シフトスリーブがシフト操作に対し
て多大な抵抗力を受けたことが感知される。この抵抗力
によって、シフトスリーブに連結された爪機構が作動
し、爪機構が駆動体の内周面に形成されたラチェット機
構と係合する。このようにして、駆動体の回転力はシフ
トスリーブに伝達され、シフトスリーブが回転してシフ
ト操作が完了する。駆動体とシフトスリーブとは、爪機
構を介して固く連結されるので、ハブの部品の１つがシ
フト操作を完了できない場合に、その部品が損傷する可
能性があるが、このような損傷が発生しないことを確実
にするのが望ましい。

【０００５】なお、従来の自転車用ハブトランスミッシ
ョンの具体例としては、下記文献において開示されるも
のが既に知られている（例えば、特許文献１〜３参
照。）。

【０００６】

【特許文献１】米国特許第５５３５８５５号明細書

【０００７】

【特許文献２】米国特許第５５６２５６３号明細書

【０００８】

【特許文献３】米国特許第５９６７９３７号明細書

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ハブ
の損傷を防ぐよう補助力が制御されるシフト補助機構を
備えた自転車用ハブトランスミッションを提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の自転車用ハブト
ランスミッションは、ハブ軸と、駆動体と、ハブシェル
と、動力伝達機構と、シフト機構と、シフト補助機構
と、動力制御機構とを備えている。駆動体は、ハブ軸に
回転自在に支持されている。ハブシェルは、ハブ軸に回
転自在に支持されている。動力伝達機構は、駆動体とハ
ブシェルとの間に配置され、複数の動力伝達経路を通じ
て駆動体からハブシェルへ回転力を伝達する。シフト機
構は、複数の動力伝達経路を選択する。シフト補助機構
は、駆動体からシフト機構に回転力を伝達する。動力制
御機構は、駆動体からシフト機構に伝達される回転力の
大きさを制御するために、駆動体及びシフト補助機構の
間に配置され、駆動体をシフト補助機構に連結する。

【００１１】図１に、本発明の多くの特徴を備えた、一
実施形態によるハブトランスミッション１４を備えた自
転車１０の後方側面を示す。自転車１０の後部は、サド
ル２４を支持するシートチューブ２２を備えたフレーム
１８と、１対の従来型チェーンステイ２６と、１対の従
来型シートステイ３０とを備えている。車輪３４は、チ
ェーンステイ２６とシートステイ３０との交差位置にフ
レーム端３５によって軸３６の回りに回転自在に支持さ
れており、ペダル４２及びチェーンリング４６を備えた
クランクアセンブリ３８は、シートチューブ２２とチェ
ーンステイ２６との交差位置に回転自在に支持されてい
る。チェーン５０は、チェーンリング４６に係合し、ハ
ブトランスミッション１４を回転駆動するスプロケット
５４の回りに掛け渡されている。ハブトランスミッショ
ン１４のギア比を変更するために、後述する方法によ
り、ボーデン（Bowden）型コントロールケーブル６２が
用いられている。

【００１２】図２に、本実施形態によるハブトランスミ
ッション１４の断面を示す。ハブトランスミッション１
４は、図２に示すように、ハブ軸３６と、ハブ軸３６に
回転自在に支持された駆動体７０と、ハブ軸３６に回転
自在に支持されたスポークフランジ７８を有するハブシ
ェル７４と、駆動体７０とハブシェル７４との間に配置
され、複数の動力伝達経路を通じて駆動体７０からハブ
シェル７４へ回転力を伝達する動力伝達機構８２と、複
数の動力伝達経路の選択を制御し、駆動体７０の回転力
を利用して動力伝達機構８２における動力伝達経路の切
替を補助するシフト補助機構とを備えている。

【００１３】スプロケット５４は、スナップリング９４
を使用して駆動体７０にスプライン式に連結され、駆動
体７０は、玉軸受９８及び軸受コーン１０２を介して軸
３６に回転自在に支持されている。軸受コーン１０２
は、アクチュエータプレート１０４と、スペーサ１０８
と、座金１１２と、ロックナット１１４とによって定位
置に保持される。

【００１４】右カップ１２０は、ハブシェル７４の右側
内周面に回転不能に嵌合され、左カップ１２４は、ハブ
シェル７４の左側内周面に回転不能に嵌合されている。
右カップ１２０は、玉軸受１２８を介してハブシェル７
４を駆動体７０に対して回転自在に支持し、ハブトラン
スミッション１４の右側の内部部品は、右カップ１２０
上に嵌合されたシールカップ１３２によって外部汚染か
ら保護されている。左カップ１２４は、玉軸受１３６及
びコーン１３８を介して、ハブシェル７４を軸３６に回
転自在に支持している。コーン１３８は、ストップナッ
ト１４２及びロックナット１４６によって、軸３６に保
持されている。

【００１５】図２及び図３に示すように、動力伝達機構
８２は、第１太陽ギア１６０と、第２太陽ギア１６４
と、第３太陽ギア１６８と、第４太陽ギア１７２とを備
えている。第１太陽ギア１６０は、軸３６に回転不能に
連結され、クラッチカム部分７６と、外周面に形成され
た複数の第１太陽ギア歯１７８（例えば、歯数４８）
と、外周第２太陽ギア当接面１８０とを備えている。第
２太陽ギア１６４は、図３から最も明らかなように、第
１太陽ギア１６０に隣接して軸３６の回りに回転自在に
支持されて、第１太陽ギア１６０の第２太陽ギア当接面
１８０とスライド自在に当接する内周第１太陽ギア当接
面１９２と、第２太陽ギア爪２０７と係合するよう内周
面に形成された複数の第２太陽ギアラチェット歯２０６
（例えば、歯数１２）と、太陽ギア案内リング２１０の
外周面２０９とスライド自在に当接する内周案内リング
当接面２０８と、内周第３太陽ギア当接面２００と、外
周面に形成された複数の第２太陽ギア歯１９８（例え
ば、歯数４８）とを備えている。第３太陽ギア１６８
は、第２太陽ギア１６４に隣接して軸３６の回りに回転
自在に支持されて、太陽ギア案内リング２１０の外周面
２０９とスライド自在に当接する内周第１案内リング当
接面２２０と、第３太陽ギア爪２２６と係合するよう内
周面に形成された複数の第３太陽ギアラチェット歯２２
４（例えば、歯数１２）と、第２太陽ギア１６４の第３
太陽ギア当接面２００とスライド自在に当接する外周第
２太陽ギア当接面２３５と、外周面に形成された複数の
第３太陽ギア歯２３６（例えば、歯数４２）とを備えて
いる。第４太陽ギア１７２は、外周面に形成された複数
の第４太陽ギア歯２４４（例えば、歯数３６）と、第４
太陽ギア爪２５０と係合するよう内周面に形成された複
数の第４太陽ギアラチェット歯２４８（例えば、歯数１
２）と、案内リング２５８の外周面２５４とスライド自
在に当接する内周案内リング当接面２５２とを備えてい
る。

【００１６】爪２０７は、軸３６に形成された爪受取溝
２６４に回動自在に嵌合される爪シート２６０と、軸３
６に形成されたバネ受取溝２７６に設置されるバネ２７
２を受けるためのバネ受取溝２６８と、シフト制御スリ
ーブ２８８の爪制御アーム２８４の内周面２８２に当接
する爪当接面２８０と、第２太陽ギアラチェット歯２０
６と係合する爪歯２８９とを備えている。同様に、爪２
２６は、軸３６に形成された爪受取溝２９４に回動自在
に嵌合する爪シート２９０と、軸３６に形成されたバネ
受取溝３０６に設置されるバネ３０２を受けるためのバ
ネ受取溝２９８と、シフト制御スリーブ２８８の爪制御
アーム３１４の内周面３１２に当接する爪当接面３１０
（図２参照）と、第３太陽ギアラチェット歯２２４と係
合する爪歯３１６とを備えている。最後に、爪２５０
は、軸３６に形成された爪受取溝３２４に回動自在に嵌
合する爪シート３２０と、軸３６に形成されたバネ受取
溝３３６に設置されるバネ３３２を受けるためのバネ受
取溝３２８と、シフト制御スリーブ２８８の爪制御アー
ム３４４の内周面３４２に当接する爪当接面３４０と、
第４太陽ギアラチェット歯２４８と係合する爪歯３４６
とを備えている。爪２０７，２２６，２５０の爪歯２８
９，３１６，３４６は、周知の方法で、各々対応するバ
ネ２７２，３０２，３３２によって、半径方向外側に付
勢される。

【００１７】本実施形態による太陽ギア案内リング２１
０の半分は、第２太陽ギア１６４の案内リング当接面２
０８と軸３６との間に嵌合され、太陽ギア案内リング２
１０の残りの半分は、第３太陽ギア１６８の第１案内リ
ング当接面２２０と軸３６との間に嵌合される。太陽ギ
ア案内リング２１０は、外周面２０９の他に、Ｘ軸方向
に軸３６に断続的に形成された固定用段付き部３６４と
係合する固定用溝３６０と、Ｘ軸方向に軸３６に断続的
に形成された固定用溝３７６と係合する固定用突起３６
８と、Ｘ軸方向に軸３６に断続的に形成された固定用段
付き部３８０と係合する固定用溝３７６と、Ｘ軸方向に
軸３６に断続的に形成された固定用溝３８８と係合する
固定用突起３８９と、Ｘ軸方向に軸３６に断続的に形成
された固定用段付き部３９６と係合する固定用溝３９２
と、シフト制御スリーブ２８８のベーススリーブ４０８
を太陽ギア案内リング２１０と軸３６との間に支持する
制御スリーブ支持面４０４とを備えている。

【００１８】太陽ギア案内リング２５４は、第４太陽ギ
ア１７２の案内リング当接面２５２と、軸３６との間に
嵌合される。太陽ギア案内リング２５４は、太陽ギア案
内リング２１０とは異なり、軸３６の固定用段付き部３
６４，３８０，３９６の周囲に嵌合する円形内周面４４
４を備えている。円形内周面４４４の一部は、ベースス
リーブ４０８の端部４５２を太陽ギア案内リング２５８
と軸３６との間に保持する制御スリーブ支持面４４８を
形成している。ベーススリーブ４０８の端部４５２は、
座金４５６の溝５４まで延びている。

【００１９】シフト制御スリーブ２８８のベーススリー
ブ４０８は、Ｘ軸方向に軸３６に形成された制御スリー
ブ溝４６０内に回転自在に嵌合し、太陽ギア案内リング
２１０，２５８によって半径方向外側に支持されてい
る。爪制御アーム２８４，３１４，３４４は、各々、軸
３６の外周に形成された制御アーム用溝４６４，４６
８，４７２内にスライド自在に配置される。シフト制御
スリーブ２８８の詳細な構造及び動作は周知であり、よ
り詳しい説明は、２０００年３月１０日に出願された米
国特許出願第０９／５２２，７０３号明細書に記載され
ている。

【００２０】図２に示すように、動力伝達機構８２は、
いずれも軸３６の回りに回転自在に設置された、遊星ギ
アキャリア５５０，第１リングギア５５１及び第２リン
グギア５５３をさらに備えている。図４及び図６に示す
ように、遊星ギアキャリア５５０は、軸３６を貫通させ
て受けるための、第１キャリア部材軸用開口５５５と、
複数の第１遊星ギア５７９を受けるための、第１キャリ
ア部材５５４の側部を横切る複数（例えば、３個）の第
１遊星ギア開口５５６と、複数の第２遊星ギア６０８を
受けるための、第１キャリア部材５５４の反対側の側部
を横切る、第１遊星ギア開口よりも大きい複数（例え
ば、３個）の第２遊星ギア開口５５８とを有する第１キ
ャリア部材５５４と、軸３６を貫通させて受けるため
の、第２キャリア部材軸用開口５６１を有する第２キャ
リア部材５６０と、軸３６を貫通させて受けるための、
第３キャリア部材軸用開口５６３を有する第３キャリア
部材５６２とを備えている。本実施形態による第１キャ
リア部材５５４は、アルミニウム合金などの軽量の合金
で構成され、第２キャリア部材５６０及び第３キャリア
部材５６２は、鋼鉄などのより頑丈な金属で構成され
る。

【００２１】３対の第１キャリアピン５６４は、第１キ
ャリア部材５５４が第２キャリア部材５６０に回転不能
に連結されるよう設けられ、各対の第１キャリアピン５
６４は、第１遊星ギア開口５５６の対応する対の間に配
置されている。同様に、第１キャリア部材５５４が第３
キャリア部材５６２に回転不能に連結されるように、３
対の第２キャリアピン５６５が提供され、各対の第２キ
ャリアピン５６５は、第２遊星ギア開口５５８の対応す
る対の間に配置されている。本実施形態による各第１遊
星ギア開口５５６は、対応する第２遊星ギア開口５５８
の反対側に配置され、各対の第１キャリアピン５６４
は、対応する各対の第２キャリアピン５６５の反対側に
配置されている。第１キャリアピン５６４及び第２キャ
リアピン５６５は、第１キャリア部材５５４と、第２キ
ャリア部材５６０と、第３キャリア部材５６２との連結
器として機能し、第１キャリア部材５５４の側部にプレ
ス嵌めされ、側部から延びている。第１キャリアピン５
６４は、第２キャリア部材５６０に形成された孔（図示
せず）にプレス嵌めされ、第２キャリアピン５６５は、
第３キャリア部材５６２に形成された孔５６６にプレス
嵌めされる。第１キャリア部材５５４は、第２キャリア
部材５６０及び第３キャリア部材５６２と直接当接する
ように設計されている。このような連結を容易にするた
めに、図５に示すような、各キャリアピンを取り囲む
溝、隙間その他の砕片スペース５６７が設けられ、キャ
リア部材が互いに嵌合する際に発生するピン又はキャリ
ア部材の切り屑または削り屑のたまり場として機能して
いる。さらに、第２キャリア部材５６０の内周面と係合
する３個の案内リブ５５７が、第１キャリア部材５５４
の内周面からキャリアピン５６４の各対の半径方向内側
に延び、第１キャリア部材５５４の外周面と係合する３
個の案内リブ５５９が、第３キャリア部材５６２の外周
面から孔５６６の各対の半径方向外側に延びている。案
内リブ５５７及び５５９は、組立を容易にするととも
に、第１キャリア部材５５４と、第２キャリア部材５６
０と、第３キャリア部材５６２との間の連結をさらに強
化するために役立っている。

【００２２】第１キャリア部材５５４と、第２キャリア
部材５６０と、第３キャリア部材５６２とは、３本のリ
ベット５６８（図４及び図６に１本のみ図示）によっ
て、相互に固定連結されている。各リベット５６８は、
各々の対の第１キャリアピン５６４の間と、各々の対の
第２キャリアピン５６５の間に配置されるように、第２
キャリア部材５６０の開口５６９を通り、第１キャリア
部材５５４の開口５７０を通って、第３キャリア部材５
６２の開口５７１を貫通している。３個のブシュ５７２
（図４及び図６に１個のみ図示）は、第１キャリア部材
５５４の対応する開口５７３にプレス嵌めされ、各々一
体に形成された第１ピニオンピン５７５及び第２ピニオ
ンピン５７６からなる３本のマスターピニオンピン５７
４（図４及び図６に１個のみ図示）を支持している。マ
スターピニオンピン５７４は、各々の第１ピニオンピン
５７５が第１遊星ギア開口５５６内に配置されて、第２
キャリア部材５６０に形成されたブラインド孔５７７内
に支持され、各々の第２ピニオンピン５７６が第２遊星
ギア開口５５８内に配置されて、第３キャリア部材５６
２に形成された開口５７８内に支持されるよう、第１キ
ャリア部材５５４を貫通して延びている。マスターピニ
オンピン５７４は、第３キャリア部材５６２の外周面に
形成されたスットッパリング用溝５８２内にはめ込まれ
るストッパリング５８１（図６参照）によって、遊星ギ
アキャリア５５０内で軸方向に固定される。各々の第１
ピニオンピン５７５は、１個の第１遊星ギア５７９を回
転自在に支持し、各々の第１遊星ギア５７９は、第１太
陽ギア１６０の複数の第１太陽ギア歯１７８と係合する
小直径ギア部５８０（例えば、歯数１４）と、第１リン
グギア５５１の第１内周ギア部５８５と係合する大直径
ギア部５８４（例えば、歯数２２）とを有している。同
様に、各々の第２ピニオンピン５７６は、１個の第２遊
星ギア６０８を回転自在に支持し、各々の第２遊星ギア
６０８は、第４太陽ギア１７２の複数の第４太陽ギア歯
２４４と係合する大直径ギア部６１２（例えば、歯数２
９）と、第３太陽ギア１６８の複数の第３太陽ギア歯２
３６と係合する中間直径ギア部６１６（例えば、歯数１
８）と、第２太陽ギア１６４の複数の第２太陽ギア歯１
９８及び第２リングギア５５３の内周ギア部６２４（例
えば、歯数７８）と係合する小直径ギア部６２０（例え
ば、歯数１４）とを備えている。

【００２３】第１キャリア部材５５４は、さらに、第２
太陽ギア１６４を軸方向に保持するための、半径方向内
側に延びる壁面６２６を備えている。第２キャリア部材
５６０の右側には、複数（例えば、歯数１２）のクラッ
チ係合スプライン６２１が周上に配置され、クラッチリ
ング６２３に形成された補足的な複数の遊星ギアキャリ
ア係合スプライン６２２と係合する。第３キャリア部材
は、複数（例えば、歯数３）の爪受取溝９０７を外周面
に備え、そこに、対応する複数の、周上に配置された爪
９０８（図２参照）が支持される。爪９０８は、左カッ
プ１２４の右側に形成された内周ギア９１６と係合する
ように、爪用バネ９１２によって半径方向外側に付勢さ
れる。爪９０８は、遊星ギアキャリア５５０の順方向の
回転を、左カップ１２４に伝達し、これによって、回転
がハブシェル７４にも伝達される。

【００２４】第１リングギア５５１は、第１内周ギア部
５８５に加え、駆動体７０の外周面に配置された複数の
爪５８７と係合する第２内周ギア部５８６（例えば、歯
数３６）を備えている。爪５８７は、爪用バネ５８９に
よって半径方向外側に付勢されるので、駆動体７０及び
第１リングギア５５１の間のワンウェイクラッチとして
機能している。第２リングギア５５３は、例えば、１８
個のローラー及びカム面を有したローラークラッチ６２
８方式のワンウェイクラッチを介して、右カップ１２０
に連結されて、これによりハブシェル７４にも連結され
ている。

【００２５】図７は、軸３６に設置されるシフト補助機
構９０の部分的分解図であり、図８は、クラッチリング
６２３が遊星ギアキャリア５５０に連結された際のシフ
ト補助機構９０の詳細図であり、図９は、クラッチリン
グ６２３が遊星ギアキャリア５５０との連結から外され
た際のシフト補助機構９０の詳細図である。これらの図
に示すように、シフト補助機構９０は、輪形シフトキー
部材７００と、シフトキー部材用案内部７０４と、セー
バーバネ７０８と、バネ用座金７１２と、戻しバネ７１
６と、シフトスリーブ７２０と、バネ用座金７２４と、
爪支持部７２８と、シフトスリーブ７３２と、爪制御用
座金７３６とを備えている。シフトキー部材７００は、
第１太陽ギア６０（図８参照）のクラッチカム部分１７
６を通って、シフトキー部材用案内部７０４の側壁７４
８に形成された軸方向に延びる溝７４４まで半径方向内
側に延びるカム従車７４０を備えている。図８及び図９
に示すように、第１太陽ギア１６０のクラッチカム部分
１７６は、第１カムステップ７５０及び第２カムステッ
プ７５１を定めるカム面７４９を備えている。また、ク
ラッチリング６２３は、クラッチ付勢バネ７４７によっ
て左方に付勢される。したがって、シフトキー部材７０
０が図８に示された位置にある場合、クラッチリング６
２３の遊星ギアキャリア係合スプライン６２２は、遊星
ギアキャリア５５０のクラッチ係合スプライン６２１に
係合し、クラッチリング６２３の周上に配置された複数
の駆動体係合スプライン７５３は、駆動体の補足的な複
数のクラッチ係合スプライン７５４と回転不能に係合
し、これにより、駆動体７０と、クラッチリング６２３
と、シフトキー部材７００のカム従車７４０とは一体に
なって回転する。ただし、図９に示すように、シフトキ
ー部材７００が回転すると、シフトキー部材７００のカ
ム従車７４０は、第１太陽ギア１６０の第２カムステッ
プ７５１まで移動する。この位置におけるクラッチリン
グ６２３の遊星ギアキャリア係合スプライン６２２は、
遊星ギアキャリア５５０のクラッチ係合スプライン６２
１から外れるので、遊星ギアキャリア５５０は、もはや
駆動体７０とは直接的に連結されていない。

【００２６】シフトキー部材用案内部７０４は、シフト
制御スリーブ２８８の端部７５６に連結するためのシフ
ト制御スリーブ連結用開口７５２も備えている。セーバ
ーバネ７０８及びバネ用座金７１２は共に、シフトキー
部材用案内部７０４の側壁７４８内で半径方向内側に配
置され、そこでセーバーバネ７０８の第１端７５６は、
シフトキー部材用案内部７０４に形成された軸方向に延
びるバネレッジ７６０に保持され、セーバーバネ７０８
の第２端７６４は、バネ用座金７１２に形成されたスリ
ーブ連結レッジ７６８の側端部に保持される。

【００２７】戻しバネ７１６の第１端７７２は、バネ用
座金７１２に形成されたバネレッジ７７６に保持され、
戻しバネ７１６の第２端７８０は、バネ用座金７２４の
バネレッジ７８４に保持される。バネ用座金７２４は、
バネ用座金７２４が軸３６に回転不能に連結されるよ
う、軸３６に形成された直径を挟んで対向する軸溝７９
６（図７に１本のみ図示）に嵌め込まれる、半径方向内
側に延びる直径を挟んで対向する軸係合突起７９２を備
えている。戻しバネ７１６は、バネ用座金７２４が軸３
６に回転不能に連結される結果、バネ用座金７２４に対
してバネ用座金７１２を時計回りに付勢する。

【００２８】シフトスリーブ７２０の直径を挟んで対向
する左側連結脚８００は、バネ用座金７１２のスリーブ
連結レッジ７６８（図７にこのようなスリーブ連結レッ
ジ７６８を１個のみ図示）にある補足的溝８０４と回転
不能に係合し、シフトスリーブ７２０の直径を挟んで対
向する右側連結脚８０８は、バネ用座金７２４の中央開
口８１２を貫通して延び、爪支持部７２８の補足的なシ
フトスリーブ連結溝８１６と回転不能に係合する。した
がって、バネ用座金７１２と、シフトスリーブ７２０
と、爪支持部７２８とは一体になって回転する。

【００２９】直径を挟んで対向する爪８２０は、Ｃ字形
クリップ８２２を介して、爪支持ピン８２４に回転自在
に取り付けられ、爪支持ピン８２４は、バネ用座金７２
８に取り付けられる。同様に、爪付勢バネ８２８は、バ
ネ支持ピン８２９の周囲に取り付けられ、Ｃ字形クリッ
プ８３０によって固定される。各々の爪付勢バネ８２８
の一端８３２は、爪支持部７２８のバネ保持レッジ８３
６に係合し、他端８４０は、対応する爪８２０に係合し
て、爪の端部８４４を半径方向外側に付勢している。爪
制御用座金７３６は、直径方向に対向して軸方向に延び
る爪制御レッジ８５０を備え、爪制御レッジ８５０は、
通常、爪８２０を半径方向内側に押圧する。後述するよ
うに、爪制御レッジ８５０が爪８２０から離れる方向に
移動すると、爪８２０は、半径方向外側に振れて、補助
カム８５４（図９参照）のラチェット歯８８２と係合す
る。

【００３０】シフトスリーブ７３２の直径を挟んで対向
する左側連結脚８６０は、シフトスリーブ７２０の直径
を挟んで対向する右側連結脚８０８に当接し（図１４参
照）、シフトスリーブ７３２の直径を挟んで対向する右
側連結脚８６８は、爪制御用座金７３６の連結用溝８７
２を通り、軸受コーン１０２の開口８７６を通って、ア
クチュエータプレート１０４の補足的なシフトスリーブ
連結溝８８０に回転不能に係合する。したがって、シフ
トスリーブ７３２と、爪制御用座金７３６と、アクチュ
エータプレート１０４とは、一体になって回転する。た
だし、後述するように、シフトスリーブ７３２は、シフ
トスリーブ７２０及び爪支持部７２８に対して時計回り
に回転可能である。図１０にその概略を示すように、戻
しバネ７１６は、バネ用座金７１２をバネ用座金７２４
に対して時計回りに付勢し、バネ用座金７１２は、シフ
トスリーブ７２０を介して爪支持部７２８に連結され、
爪支持部７２８は、シフトスリーブ７３２を介してアク
チュエータプレート１０４に連結されるので、アクチュ
エータプレート１０４にも時計回りの付勢がかかる。ア
クチュエータプレート１０４は、最初に右回りの開始位
置にあるので、動力伝達機構８２の伝達経路は、続い
て、アクチュエータプレート１０４を反時計回りに回転
させることによって選択される。

【００３１】シフト補助機構９０は、駆動体７０からシ
フト制御スリーブ２８８に伝達される動力量を制御する
動力制御機構８５０をさらに備え、シフト制御スリーブ
２８８がシフトを完了できない場合に、シフト制御スリ
ーブ２８８を損傷から防いでいる。図８及び図９からよ
り明らかなように、動力制御機構８５０は、環状ストッ
パプレート８５８及びロックリング８６２によって定位
置に保持される環状補助カム８５４と、駆動体７０と共
に回転されるよう連結された１対の環状第１動力制御部
材８６６と、補助カム８５４と共に回転されるように連
結された１対の環状第２動力制御部材８７０と、環状第
１動力制御部材８６６及び第２動力制御部材８７０を互
いの方向へ付勢するための、１対の波座金８７４の形状
をした動力制御付勢装置とにより構成される。

【００３２】図１１に示すように、補助カム８５４は、
内周面８８２に配置され、後述する方法で、爪８２０と
係合する複数のラチェット歯８７８と、外周面８９０に
配置された複数の補助カムスプライン８８６とを備えて
いる。図１２に示すように、各々の第１動力制御部材８
６６は、外周面８９８に配置された複数の第１動力制御
部材スプライン８９４を備えている。第１動力制御部材
８６６が駆動体７０と共に回転する一方、駆動体７０に
対して軸方向に移動可能なよう第１動力制御部材スプラ
イン８９４は、駆動体７０の内周面に形成された対応す
る複数の駆動体スプライン９０２にスライド自在に係合
する。図１３に示すように、第２動力制御部材８７０
は、内周面９１０に配置された複数の第２動力制御部材
スプライン９０６を備えている。第２動力制御部材８７
０が補助カム８５４と共に回転する一方、補助カム８５
４に対して軸方向に移動可能となるよう、第２動力制御
部材スプライン９０６は、補助カム８５４の複数の補助
カムスプライン８８６とスライド自在に係合する。第２
動力制御部材８７０は、潤滑油を溜めることのできる周
上に配置された複数の開口９１４も備えている。

【００３３】第１動力制御部材８６６は、組立状態にお
いて、第１動力制御部材８６６及び第２動力制御部材８
７０が互いに当接するよう、第２動力制御部材８７０に
挟まれ、波座金８７４によって互いに圧接されている。
したがって、補助カム８５４及び第２動力制御部材８７
０が駆動体７０及び第１動力制御部材８６６の回転を有
意に妨げない限り、駆動体７０、第１動力制御部材８６
６、第２動力制御部材８７０及び補助カム８５４は、一
体になって回転し、第１動力制御部材８６６及び第２動
力制御部材８７０の間の当接摩擦力が超えられると、補
助カム８５４及び第２動力制御部材８７０は、駆動体７
０及び第１動力制御部材８６６に対して回転する。駆動
体７０及び第１動力制御部材８６６の回転を有意に妨げ
る状態は、シフト制御スリーブ２８８が回転不能である
か、逆にシフトを完了できないときに発生する可能性が
ある。部品の損傷を避けるには、そのような過剰な抵抗
力の発生時に第１動力制御部材８６６と、第２動力制御
部材８７０との間の当接摩擦力が超えられ、補助カム８
５４及び第２動力制御部材８７０は、駆動体７０及び第
１動力制御部材８６６に対して回転する。この後、乗り
手がペダルの抵抗力を下げると、シフトが完了できるよ
うになり、部品は正常に動作可能となる。

【００３４】ここで、ハブの動作について説明する。表
１に、各速度段における様々な部品の連結を示し、表２
に、各速度段における動力伝達経路を示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】 自転車が加速中の場合などに第４速度段から第５速度段
にシフトされる際、連結機構のタイミングは、以下のシ
ーケンスに従うように設定されている。

【００３７】

【表３】 したがって、自転車の加速中に乗り手が第４速度段から
第５速度段にシフトすると、第３太陽ギア１６８が一時
的にロックされ、続いて第２太陽ギア１６４が最初に解
放されて、第３速度段と同じ状態が構成される。自転車
の加速時に予測されるように、乗り手はペダルの僅かな
加速としてこの状態を感知する。続いて、クラッチリン
グ６２３が遊星ギアキャリア５５０に係合され、第７速
度段と同じ状態が構成される。トランスミッションが高
いギア比にシフトする際に予測されるとおり、乗り手は
ペダルの減速としてこの状態を感知する。この後、太陽
ギア１６８が解放されて、希望の第４速度段が達成され
る。クラッチリング６２３が係合される前に太陽ギアが
解放されると、トランスミッションは第１速度段と同じ
状態になり、ペダルが急速に加速されるという非常に望
ましくない状態が生じ、トランスミッションが第５速度
段へのシフトを完了する際に大きな衝撃が生じる。

【００３８】又、このシーケンスは、自転車が減速中で
あり、乗り手が第５速度段から第４速度段にシフトした
い場合に、特に有利である。この場合、第５速度段から
第７速度段へ一時的な切り替えによってペダルが減速さ
れるが、クラッチリング６２３が最初に解放されるより
も良好である。クラッチリング６２３が最初に解放され
る場合は、トランスミッションは、ペダルが急速に加速
される第１速度段と同じ状態にある。このようなペダル
の急な加速は、例えば、丘を登る際などには望ましくな
い。この後、トランスミッションは、第７速度段から第
３速度段に一時的に切り替わる。これによって、ペダル
が加速されるが、第３速度段は乗り手がたった今いた第
４速度段に隣接する段なので、この切り替えの方がはる
かに好ましい。この後、トランスミッションは、希望の
第４速度段に切り替わる。この第５速度段から第４速度
段への全体的なシフトは、急な加速や減速が最も望まし
くない状態において、そのような加速や減速が生じるの
を防いでいる。

【００３９】前述のように、シフト補助機構９０は、駆
動体７０の回転力を利用して、動力伝達機構８２におけ
る動力伝達経路の切り替えも支援している。この機能
は、著しい駆動力がスプロケット５４に掛けられ、それ
によって、様々な部品の連結又は解放に大きな抵抗力が
生じた場合に望ましい機能である。通常の操作中は、ア
クチュエータプレート１０４、シフトスリーブ７３２、
爪制御用座金７３６、爪支持部７２８、シフトスリーブ
７２０、バネ用座金７１２、シフトキー部材用案内部７
０４及びシフト制御スリーブ２８８とは、一体となって
回転して、様々な部品を連結又は解放する。その結果、
シフトスリーブ７３２の連結脚８６０と、爪制御用座金
７３６の爪制御レッジ８５０と、シフトスリーブ７２０
の爪８２０及び連結脚８０８とは、図１４に示す位置に
ある。この状態にある爪８２０は、補助カム８５４のラ
チェット歯８７８から外れている。ただし、スプロケッ
ト５４に著しい駆動力がかかり、その結果、シフト制御
スリーブ２８８の動作に多大な抵抗が生じる場合は、シ
フト制御スリーブ２８８は、アクチュエータプレート１
０４の回転にもかかわらず静止状態になる傾向にある。
この場合、シフトスリーブ７３２は、シフトスリーブ７
２０に対して時計回りに回転し、それによって、爪制御
用座金７３６が爪支持部７２８に対して時計回りに回転
して、図１５に示すように、爪制御レッジ８５０が爪８
２０から離れる方向に移動する。その結果、爪支持部７
２８が補助カム８５４及び駆動体７０と共に回転するよ
うに、爪８２０は半径方向外側に回転して、補助カム８
５４のラチェット歯８７８と係合する。これによって、
シフトスリーブ７２０、シフトキー部材用案内部７０
４、シフト制御スリーブ２８８を次々に回転して、シフ
ト操作を完了する補助力が与えられる。爪支持部７２８
は、シフト制御スリーブ２８８からの抗力が超えられる
と、図１６に示すように、シフト操作が完了して図１４
の状態に戻るまで爪制御用座金７３６に対して時計回り
に回転する。前述のように、補助カム８５４及び第２動
力制御部材８７０が駆動体７０及び第１動力制御部材８
６６の回転を有意に妨げない限り、駆動体７０、第１動
力制御部材８６６、第２動力制御部材８７０及び補助カ
ム８５４は、一体になって回転する。

【００４０】ここでは、本発明による様々な実施形態を
説明しているが、本発明の意図又は範囲から離れること
なく、さらなる修正を加えることができる。さらに、本
発明による複数の実施形態の説明は、図示のみを目的と
し、請求項やこれと同等のも定義によって本発明を制限
するものではない。たとえば、様々な部品の大きさ、形
状、位置、方向などを希望に応じて変更してもよい。１
つの要素の機能を２つの要素で実行するか、又はその逆
を行ってもよい。本実施形態によるすべての利点が同時
に存在する必要もない。従来の技術とは異なる独自の機
能は、単独又は他の機能との組合せのいずれであって
も、そのような機能によって具体化された構造又は機能
（あるいは両方）の概念を含め、すべて出願者による独
自の発明と見なされるべきである。したがって、本発明
の範囲は、開示された特定の構造、あるいは特別な構造
又は機能に関する最初の焦点のみに限定されるものでは
ない。

【００４１】

【本発明の効果】本発明の自転車用ハブトランスミッシ
ョンは、補助力を制御するシフト補助機構を備えている
ため、ハブの損傷が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハブトランスミッションを備えた自転車後方の
側面図。

【図２】本発明の本実施形態によるハブトランスミッシ
ョンの断面図。

【図３】本発明の本実施形態によるハブトランスミッシ
ョンに使用される軸及び太陽ギア装置の分解図。

【図４】本発明の本実施形態による遊星ギアキャリアの
分解図。

【図５】図４に示された連結部材の詳細図。

【図６】組立状態にある遊星ギアキャリアの側面断面
図。

【図７】ハブトランスミッションに使用されるシフト補
助機構の部分的分解図。

【図８】本発明の本実施形態による、動作不能状態にあ
る動力制御機構を備えたシフト補助装置を示す詳細図。

【図９】動作状態にある動力制御機構を備えたシフト補
助装置を示す詳細図。

【図１０】シフト補助装置の偏向を示す詳細図。

【図１１】本発明の本実施形態による補助カムの正面
図。

【図１２】本発明の本実施形態による第１動力制御部材
の正面図。

【図１３】本発明の本実施形態による第２動力制御部材
の正面図。

【図１４】動作不能状態にあるシフト補助装置の図８の
ＸＩＶ−ＸＩＶ線による断面図。

【図１５】動作状態にあるシフト補助装置の図８のＸＩ
Ｖ−ＸＩＶ線による断面図。

【図１６】動作不能状態に向かって移動中のシフト補助
装置の図８のＸＩＶ−ＸＩＶ線による断面図。

【符号の説明】

１４ 自転車用ハブトランスミッション ３６ ハブ軸 ７０ 駆動体 ７４ ハブシェル ８２ 動力伝達機構 ９０ シフト補助機構 ２８８ シフト制御スリーブ ８５０ 動力制御機構 ８５４ 補助カム ８６６ 第１動力制御部材 ８７０ 第２動力制御部材 ８８２ 補助カムのラチェット歯 ８８６ 補助カムスプライン

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年２月１７日（２００３．２．１
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【発明の実施の形態】 図１に、本発明の多くの特徴を備
えた、一実施形態によるハブトランスミッション１４を
備えた自転車１０の後方側面を示す。自転車１０の後部
は、サドル２４を支持するシートチューブ２２を備えた
フレーム１８と、１対の従来型チェーンステイ２６と、
１対の従来型シートステイ３０とを備えている。車輪３
４は、チェーンステイ２６とシートステイ３０との交差
位置にフレーム端３５によって軸３６の回りに回転自在
に支持されており、ペダル４２及びチェーンリング４６
を備えたクランクアセンブリ３８は、シートチューブ２
２とチェーンステイ２６との交差位置に回転自在に支持
されている。チェーン５０は、チェーンリング４６に係
合し、ハブトランスミッション１４を回転駆動するスプ
ロケット５４の回りに掛け渡されている。ハブトランス
ミッション１４のギア比を変更するために、後述する方
法により、ボーデン（Bowden）型コントロールケーブル
６２が用いられている。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハブ軸と、 前記ハブ軸に回転自在に支持された駆動体と、 前記ハブ軸に回転自在に支持されたハブシェルと、 前記駆動体と前記ハブシェルとの間に配置され、複数の
   動力伝達経路を通じて前記駆動体から前記ハブシェルへ
   回転力を伝達する動力伝達機構と、 前記複数の動力伝達経路を選択するシフト機構と、 前記駆動体から前記シフト機構に回転力を伝達するシフ
   ト補助機構と、 前記駆動体から前記シフト機構に伝達される回転力の大
   きさを制御するために、前記駆動体と前記シフト補助機
   構の間に配置され、前記駆動体を前記シフト補助機構に
   連結する動力制御機構と、を備えた自転車用ハブトラン
   スミッション。
2. 【請求項２】前記シフト機構は、 前記ハブ軸によって回転自在に支持されたアクチュエー
   タ部材と、 前記ハブ軸によって回転自在に支持され、前記アクチュ
   エータ部材の回転に応じて回転するよう前記アクチュエ
   ータ部材に連結されたシフト制御スリーブとを有してい
   る、請求項１に記載のハブトランスミッション。
3. 【請求項３】前記シフト補助機構は、前記駆動体から前
   記シフトスリーブに回転力を伝達する、請求項２に記載
   のハブトランスミッション。
4. 【請求項４】前記シフト補助機構は、 前記アクチュエータ部材と共に回転するように連結され
   た第１シフト部材と、 前記シフト制御スリーブと共に回転するように連結され
   た第２シフト部材と、 前記シフト制御スリーブが前記アクチュエータ部材の回
   転に有意に抵抗して、前記第１シフト部材が前記第２シ
   フト部材に対して相対回転するまで、前記第１シフト部
   材が前記第２シフト部材と共に回転するよう、前記第１
   シフト部材及び前記第２シフト部材を互いの方向へ付勢
   する付勢装置とを備えた、請求項３に記載のハブトラン
   スミッション。
5. 【請求項５】前記シフト補助機構は、 前記第１シフト部材及び前記第２シフト部材の一方に連
   結され、前記動力制御機構に係合する係合位置と、前記
   動力制御機構から解放される解放位置との間で移動する
   爪と、 前記爪を係合位置に付勢する爪付勢部材と、 前記第１シフト部材及び前記第２シフト部材の他方に連
   結され、前記第１シフト部材が前記第２シフト部材と共
   に回転する際に前記爪を解放位置に保持するとともに、
   前記第１シフト部材が前記第２シフト部材に対し相対回
   転する際に前記爪を係合位置まで移動可能にする爪制御
   部材と、をさらに備えた請求項４に記載のハブトランス
   ミッション。
6. 【請求項６】前記動力制御機構は、前記駆動体の回転に
   応じて回転するよう、前記駆動体に連結された第１動力
   制御部材と、前記第１動力制御部材と係合する第２動力
   制御部材とを有し、 前記第１動力制御部材は、前記第２動力制御部材が前記
   第１動力制御部材の回転に有意に抵抗するまで前記第２
   動力制御部材と共に回転し、その後、前記第１動力制御
   部材は前記第２動力制御部材に対して回転する、請求項
   １に記載のハブトランスミッション。
7. 【請求項７】前記第１動力制御部材は、前記第２動力制
   御部材に当接する、請求項６に記載のハブトランスミッ
   ション。
8. 【請求項８】前記動力制御機構は、前記第１動力制御部
   材及び前記第２動力制御部材を互いに近付く方向へ付勢
   する動力制御付勢部材をさらに有する、請求項７に記載
   のハブトランスミッション。
9. 【請求項９】前記動力制御機構は、前記第２動力制御部
   材を支持するために、複数のラチェット歯を有する補助
   カムをさらに有する、請求項６に記載のハブトランスミ
   ッション。
10. 【請求項１０】前記第２動力制御部材は、軸方向に移動
    可能である、請求項９に記載のハブトランスミッショ
    ン。
11. 【請求項１１】前記補助カムは環状であり、前記第２動
    力制御部材は環状であり、前記複数のラチェット歯は前
    記補助カムの内周面に配置され、前記補助カムの外周面
    は、前記第２動力制御部材の内周面に形成された対応す
    る複数の前記第２動力制御部材スプラインに係合する複
    数の補助カムスプラインを形成している、請求項１０に
    記載のハブトランスミッション。
12. 【請求項１２】補助カムは１０本のラチェット歯を有し
    ている、請求項１１に記載のハブトランスミッション。
13. 【請求項１３】前記第１動力制御部材は、軸方向に移動
    可能である、請求項１０に記載のハブトランスミッショ
    ン。
14. 【請求項１４】前記駆動体は環状であり、前記第１動力
    制御部材は環状であり、前記駆動体の内周面は、前記第
    １動力制御部材の外周面に形成された対応する前記複数
    の第１動力制御部材スプラインに係合する複数の駆動体
    スプラインを形成している、請求項１３に記載のハブト
    ランスミッション。